宇宙太陽発電
Vol.1 (2016), pp. 22-24－シンポジウム論文－

宇宙太陽光発電 地上実証試験機用送電部の開発†
Development of the Power Transmitting Section of Microwave Power
Transmission Ground Test Model for Solar Power Satellite/Station
本洋*1‡・佐 々 木 拓 郎*1・高 橋 智 宏*1・原 内 健
佐 々 木 謙 治*2 中 村 修 治*2
Yukihiro HOMMA, Takuro SASAKI, Tomohiro TAKAHASHI, Kenji HARAUCHI,Kenji SASAKI, and Shuji NAKAMURA

間幸次*1

平成 21 年度から 26 年度にかけて，「マイクロ波による精密ビーム制御技術の研究開発」を推進した．本研
究では，宇宙太陽光発電（SSPS）のキー技術である，精密ビーム制御技術の実証を目的として実証試験機の開発を行い，電力伝送試験を行なった．本報告はこれらの研究のうち，送電部の開発結果を報告し、この成果を受けた SSPS 用送電部の今後の開発の方向性について提案を行なう．
From 2009 to 2014, the microwave power transmission ground test model had researched in order to demonstrate
Microwave Power Transmission（MPT） technology at the field test for Solar Power Satellite/Station. In this paper,
development result of the power transmitting section which consists of four active phased array antenna modules isreported and next development agendas are discussed.
Keywords：Active Phased Array Antenna, GaN HEMT, Microwave Power Transmission Technology
1. は じ め に
平成 21 年度から 26 年度にかけて，「マイクロ波による精密ビーム制御技術の研究開発」について，一般財団法人宇宙システム開発利用推進機構と国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構等と共同で推進した．本研究では，SSPSのキー技術である，精密ビーム制御技術の実証を目的として実証試験機の開発を行い，電力伝送試験を行なった 1-3)．
本報告ではこれらの研究のうち，送電部の開発の結果を報告し，この成果で得られた知見をもとに今後の SSPS の送電部の開発方針の方向性について提案する．

力伝送試験モデルの開発を行なった（図１に概念図を示す）．
送電部は 4 台の送電モジュールで構成されており，協調動作を行なって 5.8GHz のマイクロ波を送信し，送電部は受信したマイクロ波を電力に変換する．ビーム方向は2.45GHz のパイロット信号を利用して制御される．

2.マイクロ波電力伝送試験モデルについて
SSPS の原理実証を見据えて「50m 程度の距離でキロワット級のマイクロ波電力伝送を実施する」，「複数のアクティブフェーズドアレイ（APAA）で協調動作を行い，レトロディレクティブ技術を用いて精密なビーム制御技術を確立する」ことを目的に，実証試験機であるマイクロ波電† 第 1 回宇宙太陽発電シンポジウム，2015 年 12 月 15-16 日，
東京にて発表‡ Corresponding author: Yukihiro HOMMA.
E-mail:Homma.Yukihiro@df.MitsubishiElectric.co.jp＊1
三菱電機株式会社 通信機製作所〒661-8661 兵庫県尼崎市塚口本町 8-1-1,
MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION, 8-1-1,
Tsukaguchi-Honmachi, Amagasaki City, Hyogo 661-8661, Japan＊2
一般財団法人宇宙システム開発利用推進機構〒105-0011 東京都港区芝公園三丁目 5 番 8 号 機械振興会館 3階

第 1 図 マイクロ波電力伝送試験モデル概念図

3. 送電部の開発
3.1 開発コンセプト SSPS における送電部は，宇宙空間で太陽光発電を行い，その電力をマイクロ波に変換して地上に送電する，また大口径化が可能な技術であることが要求される．この要求に対して，今回開発した送電部は「小型・軽量」「高効率な DC-RF 変換」に注力した開発のコンセプトとし，①送電周波数は 5.8GHz，②小型・軽量化の最適設計を行う，③高効率の GaN 増幅器，④複数 APAA による送電・ビーム制御技術，の４つの施策を行なった．

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SSPS 試験機用送電部の開発（本間幸洋・佐々木拓郎・高橋智宏 他）
3.2 開発成果 第 2 図に開発した送電部の送電モジュール１台分のシステムブロック図を示す．RF 信号に着目す
ると，送電モジュールの外部から入力した基準信号から5.8GHz を生成して，分配器で 76 個のサブアレイに分配される．この信号を最終段増幅器（HPA-MDL）で増幅して，4 分配してアンテナからマイクロ波を照射する．図 3 に開発した送電モジュールの外観を，表 1 に性能評価試験の結果を示す．送電サブアレイは輸送性を向上させるために薄型化設計に注力し，厚さは約 25mm（突起部除く）を達成した．また最終段増幅器の DC-RF 変換効率は，高効率なDC-RF 変換効率の GaN デバイスを用いることで，全増幅器の平均で 60.3％を達成した 4)．

第 4 図 送電部 外観（屋外試験風景）

第 5 図 送電部の AZ 放射パターン（正面指向時）

4. 今後の送電部開発方針の提案
第 2 図 送電モジュール ブロック図

本研究開発により，複数の APAA を強調動作させて精度よく送電できる原理実証を行い，5.8GHz の半導体増幅器+APAA の送電システムの有用性を示すことができた．本
成果は SSPS の実現に向けた大きな一歩と考える．一方，送電部としては引き続き表 2 に示すような課題に取り組んでいく必要があると考える．これらの課題の解決に向けた研究開発を着実に進め，SSPS の実現を目指して行きたい．
第 2 表 送電モジュールの評価結果
課題
半導体高効率化

第 3 図 送電モジュール 外観
増幅器回路の高効率化
周辺サブシステムとの融合

第 1 表 送電モジュールの評価結果
項目
サイズ
厚さ
質量
周波数
出力

仕様値
約 0.6m×約 0.6m
40mm 以下
19kg
5.8GHz
400W 以上

効率

最 終 段 HPA ： 平 均
60％以上
送電部総合：30％以上

実測結果
599mm×600mm
25mm（突起部除く）
16.1kg5.8GHz
平均 449.8W（送電部全体で 1795W）
最終段 HPA：平均 60.3％，送電部総合：35.1％

概要
送電部の効率のポテンシャルを決める半導体増幅器の素子の高効率化が必要．
素子のみならず，増幅器内の種々の回路を改良し，送電部としての高効率化を目指す．
「発送電一体型パネルの開発」や「アンテナ展開方式」，「排熱方式」の検討等，太陽電池や構造・組立て等の周辺サブシステ
ムとの共同の検討を進め，SSPS の実現性を高める．

謝辞本研究開発は経済産業省より一般財団法人宇宙システム開発利用推進機構が受託した「太陽光発電無線送受電技術研究開発」の一環として行なわれた．ご支援に感謝する．

送電部（図 4 参照）は，送電モジュールを 4 台並べ，位相を合わせて協調動作させることにより，理想的な送電マイクロ波ビームを形成し高効率な電を実現した．図 5 に 4台の送電モジュールで送電した場合の放射パターンを示す．
設計値とほぼ一致した良好なパターンが得られている 4)．

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参 考 文 献1) Mihara et al., S. :Microwave Transmission Experiment on theGround for the Future SSPS, ISTS Proc. (2015).
2) 牧野克省 他：SSPS の実現に向けた高精度マイクロ波ビーム
方向制御装置の開発とその技術実証試験，信学技報

宇宙太陽発電 Vol.1 (2016), pp. 22-24
4) 佐々木拓郎 他 :マイクロ波電力伝送試験モデル用送電部開発，
信学技報 2014-110(2015), pp. 81-84.

SANE2015-22 (2015), pp. 37-42.
3) JAXA イベントホームページ：マイクロ波無線電力伝送地上実証試験/実用化実証（デモンストレーション）.

(2016. 1. 18 受付)（24）